固定网格中基于边界描述的CAD模型快速分析方法

固定网格技术避免了沿结构边界繁琐的网格划分过程，在复杂几何结构分析时具有很大优势。建模精度和分析精度是采用固定网格进行结构分析的两大难题。文中针对固定网格分析中的建模精度问题，提出了一种由CAD模型至分析模型的快速转换方法，首先将CAD模型采用边界描述，然后通过射线交点法来区分固定网格中单元的属性，并借助四叉树/八叉树技术实现对边界网格的细分。最后采用加权B样条有限胞元法来保证CAD模型在固定网格中的分析精度。本文建立了一种由结构CAD模型至固定网格仿真分析的设计框架，数值算例表明了该方法的有效性。     

CJ818旅客机客舱气流组织数值仿真研究

旅客机客舱供、排气系统对于客舱内部气流流动和温度分布具有重要影响,乘客的几何结构和热载荷等因素也会影响舱内气流流动。对CJ818客舱、供气系统和排气系统进行了几何建模及有限元建模,应用非结构化网格对模型进行离散,应用全隐式多网格耦合求解技术求解N-S方程,采用RNGk-ε模型封闭方程组。分别对单排座椅和多排座椅客舱进行了简化建模,研究了其在设计方案下舱内流动情况,并分析了乘客几何结构和乘客散热对舱内流动的影响,同时分析温度场和流场之间的依变关系。研究结果对于客舱空气分配系统设计和优化,客舱空气质量控制具有参考意义。     

湍流模型离散精度对数值模拟影响的计算分析

基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的加权紧致非线性格式(WCNS),通过改变物面法向第一层网格间距,开展了剪切应力输运(SST)两方程模型不同离散精度的数值分析。主要目的是为高阶精度格式在复杂外形上的应用提供技术支撑。计算模型包含了低速NLR 7301两段翼型和高速RAE2822翼型,研究内容主要包括湍流模型的二阶精度离散和五阶精度离散两种方式对收敛历程、边界层湍流黏性系数分布、边界层速度分布、压力系数分布以及气动特性的影响。在与试验数据对比的基础上,计算结果表明:对于不同的第一层物面法向网格间距,湍流模型离散精度对低速绕流计算结果有比较明显的影响,对于高速小迎角附着流动计算结果影响不明显;相对于湍流模型二阶精度离散,湍流模型高阶精度离散网格敏感性较弱,具有更高的数值模拟精度,但收敛性略差。     

民用飞机概念方案翼盒结构总体有限元快速建模

针对民用飞机概念方案结构设计,以自然网格方法为基础提出一种翼盒结构总体有限元快速建模方法。采用CATIA二次开发实现结构布置参数化并获取翼梁、长桁和翼肋的结构交点,根据翼盒结构实际传力路径建立结构交点间的拓扑关系模型,快速完成翼盒结构总体有限元建模。以某民用飞机的机翼建模实例验证了方法的适用性和有效性。     

固体火箭内流场的时均和大涡模拟技术对比研究

分别采用时均RNG湍流模拟和大涡模拟(LES)方法对某型固体火箭发动机内流场进行了瞬态数值模拟研究,建模过程中针对推进剂燃烧以及燃面边界采用了修正壁面通量的方法,并使用了动网格技术。结果表明:大涡模拟技术可以得到发动机内湍流流场中详细拟序结构,时均湍流模拟对于火箭发动机内流场时均量的模拟仍有较好的工程精度。     

面向设计的飞机翼面结构自动化建模技术及软件开发

针对飞机翼面结构布局设计的需要，提出了一种面向设计的飞机翼面结构自动化建模技术，并开发出相应的可视化功能强的快速建模软件AutoFEM。该软件突出翼面薄壁结构的特点，引入“构件属性”概念，将结构特征与有限元网格自动生成相结合，形成了具有领域特色的新一代自动化寞策略与方法，为飞机翼面结构布局阶段工程设计人员提供了实用有效的自动化建模手段。     

二维欧拉方程在非结构网格上的自适应有限元算法

发展了一种易于和自适应网格加密技术相结合的非结构三角形网格生成技术。这种方法的特点是域内节点可任意规定;根据欧拉方程解的误差估计,在流场某些区域增加节点后,能重新快速生成新的具有高质量三角形单元的非结构网格。欧拉方程采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ空间离散和Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒ两步显式时间推进相结合的有限元法求解,并以沿流线熵的变化量作为物理判据进行网格自适应加密,提高解的精度。     

机翼结构有限元快速建模技术研究

为提高飞机机翼结构初步设计阶段有限元建模的质量和效率,提出了机翼结构有限元参数化建模方法。采用模板技术将机翼结构几何建模过程中的方法、规则和专家经验等知识进行封装,在CATIA建模平台上通过Visual Basic开发了知识驱动的机翼结构几何参数化建模系统。研究了CAD与CAE系统之间的数据传递手段,读取上游模型信息,完成了几何模型的重构。基于PATRAN二次开发语言PCL进行了有限元网格自动剖分,快速生成了有限元模型,并实现了CAD模型向CAE模型转换的无缝集成。     

叶片参数化有限元建模与罩量优化设计

基于网格变形技术提出了一种叶片参数化有限元建模方法,该方法具有快速实现叶片参数化有限元建模的优点,同时能够在保证叶片有限元网格拓扑形式不变的前提下,有效解决叶片优化设计过程中的网格自动更新问题.在此基础上,结合叶片罩量优化设计的灵敏度分析技术,建立了叶片罩量自动优化一般设计流程,开展了叶片实例优化设计应用研究.优化结果表明,相对于初始设计,罩量优化设计可以有效地改善应力分布,降低叶片应力水平.      

固体火箭发动机装药贮存寿命预测方法

针对固体火箭发动机装药贮存寿命预估的难题,开展了固体火箭发动机贮存可靠性、装药老化性能、药柱结构完整性分析等几个方面的研究,建立了GM-RBF网络模型、基于修正Ar-rhenius的交变温度预测模型、基于加速老化和结构完整性分析的装药贮存寿命预估模型,从不同角度来对装药贮存寿命进行组合预测.在此基础上,设计和开发了预测系统,通过实验数据和仿真分析,得到实例的装药贮存寿命区间为10.5～13.2y.研究表明:这种组合预测的方法避免了单一算法的局限性,提高了预测精度.     

Solid rocket motor propellant grain burnback simulation based on fast minimum distance function calculation and improved marching tetrahedron method

To efficiently compute arbitrary propellant grain evolution of the burning surface with uniform and non-uniform burning rate for solid rocket motor, a unified framework of burning surface regression simulation has been developed based on minimum distance function. In order to speed up the computation of the mini-mum distance between grid nodes of grain and the triangular mesh of burning surface, a fast distance querying method based on the equal size cube voxel structure was employed. An improved marching tetrahedron method based on piecewise linear approximation was carried out on second-order tetrahedral elements, achieved high-efficiency and adequate accuracy of burning surface extraction simultaneously. The cases of star grain, finocyl grain, and non-uniform tube grain were studied to verify the proposed method. The observed result indicates that the grain burnback computation method could realize the accurate simulation on unstructured tetrahedral mesh with a desirable performance on computational time.     

火箭装药体积形变力学特性的研究

本文首先论述了体积形变的粘弹行为，提出了实时体积形变非接触测试系统。通过实验研究，给出了固体推进剂的体积蠕变柔量、体积松弛模量和材料的初始气孔率。其结果对药柱强度分析计算、配方工艺研究和使用寿命预测均具有实用意义。     

基于累积损伤的双基推进剂强度准则及实验

国内在对固体火箭发动机装药结构完整性分析时,强度判断准则基本采用传统的结构强度准则,这些强度准则并不能很好地反映固体推进剂材料的强度破坏过程。该文对双基推进剂试件进行了若干不同拉伸速率下的等速率拉伸破坏试验,结合试验数据获得损伤方程参数,建立了基于累积损伤的结构强度准则。并利用损伤方程预测试件破坏情况,和试验值吻合较好,说明该基于累积损伤的强度准则能够较好地判断双基推进剂材料的破坏。     

超期贮存固体火箭发动机使用性能评估

解剖了自然贮存14年的某型发动机,对所得推进剂进行了力学和燃烧性能测试.理论分析中建立了发动机三维内弹道和有限元模型,并根据计算流体动力学(CFD)计算边界网格和有限元模型(FEM)药柱表面网格异构但空间位置一致的特点,开发了发动机内弹道压力转化为药柱有限元载荷的算法,完成了发动机工作过程流场-结构的耦合分析,并对发动机的内弹道和药柱结构完整性进行了评估.试验表明:长期贮存后发动机中端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂力学性能变化体现模量增加和延伸率降低,燃烧性能也有一定变化;计算所得发动机内弹道能完成发射任务,同时发动机药柱的力学性能能保证工作期间的结构完整性,发动机基本满足使用要求.      

长期贮存固体火箭发动机安全性评估

为评估长期贮存后固体火箭发动机安全性的变化,对贮存时间为18年的某型固体火箭发动机进行了解剖.测试并比较了经过长期贮存后发动机药柱的力学性能和各种感度,而后进行了长期贮存后推进剂和发动机试件的枪击试验,各种试验项目中均利用贮存期为4年的推进剂方坯进行对比.结果表明:长期贮存后推进剂热安全特性变化不明显,但撞击感度和摩擦感度明显增加并且在枪弹高速冲击下破碎严重,长期贮存后发动机在模拟枪击试验中表现出爆炸倾向,使用安全性大大降低.      

旋转固体发动机燃烧室燃气湍流流动数值模拟

采用贴体坐标系和ＳＩＭＰＬＥ法,对固体发动机在旋转热试车条件下的燃烧室内流场进行了数值模拟。不同燃烧时刻的计算结果表明： 旋转对固体发动机燃烧室燃气流动结构的影响随着燃烧肉厚的退移而显著增强; 在发动机药柱的前翼燃烧消失后, 前封头开口区域的切向涡开始变得强烈; 切向涡的分布呈现Ｒａｎｋｉｎｅ 涡的特点, 在发动机前开口区域涡的固核半径极小, 旋转速度极大, 这将严重影响该区域的热防护, 应引起有关设计人员的高度重视。     

基于ANSYS概率分析的导弹结构可靠度计算

针对导弹结构的材料性能、载荷环境、几何尺寸等参数不确定性的影响,基于ANSYS概率设计系统,提出了利用ANSYS概率分析功能对导弹进行结构可靠性分析的方法。通过建立某型导弹同体发动机推进剂药柱的极限状态方程,采用蒙特卡洛模拟随机载荷和固体推进剂药柱初始强度来获取推进剂药柱的可靠度。该方法能有效地计算贮存、飞行等环境条件下的导弹结构可靠性。     

含缺陷固体装药燃烧异常实验分析

利用高速实时Ｘ射线荧屏分析技术,对固体火箭发动机装药经常出现的主要缺陷导致的异常燃烧现象进行研究,提出了含不同类型缺陷装药结构破坏的条件和模式,描述了推进剂裂纹、气孔和脱粘槽穴内的点火、燃烧和结构变形现象,分析了双基、丁羟、ＮＥＰＥ推进剂裂纹进一步扩展趋势和临界条件,为评估固体发动机含缺陷装药燃烧安全性提供了实验依据和分析方法。     

初始气孔率热老化试验研究与应用——预测固体推进剂贮存寿命的一种新方法

通过对固体推进剂药柱进行初始气孔率热老化试验研究,探讨了用累积损伤方法来预测药柱贮存寿命, 提出了一种准确、经济、方便地提前预测药柱贮存寿命的新方法和新技术     

初始气孔率热老化试验研究与应用——预测固体推进剂贮存寿命的一种新方法

通过对固体推进剂药柱进行初始气孔率热老化试验研究,探讨了用累积损伤方法来预测药柱贮存寿命,提出了一种准确,经济,方便地提前预测药柱贮存的新方法和新技术。